望远镜与天文望远镜之间的本质不同在于为目镜提供放大对象的不同光学元件。在天文望远镜中，光线的聚集不再像望远镜那样通过透镜的折射来实现，而是通过在凹面镜表面反射来完成，由此自发生成了用来区分这两种不同仪器的名称：第一种叫作折射望远镜，第二种叫作反射望远镜。

天文望远镜的发明紧随望远镜之后。意大利的僧侣Zeucchi似乎在1616年就产生了天文望远镜的构想，但直到1663年这一创意才在英国物理学家格雷戈里的笔下成形。通常认为第一架反射式望远镜是牛顿发明的，该仪器与格雷戈里的设想有些不同。随后，各种型号的天文望远镜层出不穷，到了今天也是如此。如文中插图所示，在牛顿的天文望远镜中，获取的图像经主镜凹面镜反射到主镜焦点前呈45度倾斜的副镜小平面镜上，再通过副镜反射到侧边的目镜上。在格雷戈里的最初设想中，天文望远镜的观测同望远镜一样，是在设备后面进行的，图像经主镜和主镜焦点外的副凹面镜两次反射后，从主镜中央的小孔射出，到达目镜；卡塞格林的设计方案同格雷戈里的类似，不同的是副镜为凸面镜，且位于主镜焦点之前。这些不同类型的天文望远镜可拥有不同焦距，因而在提供某些特定便利的同时，可以或多或少地压缩设备体积，对于特定的研究而言各具优势。

赫维留的超长望远镜版画，摘自约翰·赫维留的《天文仪器》，格但斯克，1670年。

（加利福尼亚）帕萨迪纳附近威尔逊山天文台的一架大型现代天文望远镜的机器装备

牛顿的反射式望远镜（1672年），位于伦敦皇家科学院内。

威廉·拉塞尔的大型青铜反射式望远镜（1860）

（芝加哥大学）叶凯士天文台口径1米的大型望远镜——野性世界

在早期的天文望远镜中，镜面都是由抛光的青铜制成的，很快，人们便对此进行了改进。还要注意的是，由于透镜镜片的质量问题迟迟得不到解决，再加上不同曲率镜片的生产问题，制造这种仅具有单个反射曲面的元件要比制造透镜容易得多。反射镜的另一个优点在于在其表面反射的各种有色光线不会产生透镜折射造成不平等的偏斜这样的问题。综上，人们有可能制造出比早期望远镜更好的仪器，况且在同等的条件下，天文望远镜的性能更佳——多亏威廉·赫歇尔自制出超长望远镜，他才得以探索太空，有了不朽的发现。一个世纪后，富有的英国业余爱好者们也以他为榜样，其中包括拉塞尔和罗斯爵士。他们制造出了对其时代而言异常巨大的天文仪器，罗斯爵士制造出的天文望远镜口径达1.83米，理论上可以放大6000倍！

然而，不管体积多大，这些仪器的功效远远不如现代制造出的同等直径的天文望远镜。现代天文望远镜的原理要归功于傅科。傅科给出了一个能提供更完美图像的抛物线曲率，而不是一个简单的球面曲率；他还将反射镜面镀银，使镜面反射能力比原来使用的青铜镜面更强。

（加利福尼亚）威尔逊山天文台口径2.5米的大型天文望远镜——威尔逊山天文台

现在正在使用的最大的天文望远镜位于美国的威尔逊山天文台（加利福尼亚），口径达2.5米。顺便补充一点，“世界上最大口径望远镜”这一荣衔很快将被帕洛马山天文台上直径5米的海尔望远镜(1)（依旧在美国）夺去，这架设计精妙的长形建筑物正在积极建设中。没有什么比反射望远镜和迄今还在使用的折射望远镜之间的比较更能突出建筑业与制造业的潜力了——反射望远镜尺寸将很快达到上述该数字，而还在叶凯士天文台（芝加哥）服役的口径最大的折射望远镜的物镜直径仅为1米。

我们不会逐个考虑每类仪器的技术优势，只是大致了解一下比如那些越来越完善的研究手段的相关情况——它们正被要求提供有关那些我们想了解却难以接近的天体的资料。在对天文仪器进行描述后，我们有必要研究一下它有多大的力量，特别是这一能够有效利用的力量可以在多大程度上最终回答天空奇观所引发的问题，以及它向人类提出的难题。

P处是仪器视野下两个光点的示意图解。从视觉上而言，该图像上的就像一个个小圆盘。在A处使用的物镜分离能力弱、质量差，所形成的图像部分重叠在了一起，而在B处使用的物镜分离能力强、质量高，呈现出的是两个较小且明显分开的圆盘。增加应用于A图像的放大倍数，相应形成了外观相同、比例放大的图像A’；增加图像B的放大倍数，我们会更清楚地看到两个分开的圆盘B’。

光线的辐射和散射效应扭曲了摄影图像。在右图中，在相对于月球亮度的过曝后，我们发现，与剩下的月球轮廓相比，月的轮廓成比例扩大了，但过曝对于获得清晰的“灰光”而言是非常必要的。在左图中，宽度递减的金星的光痕坠向地平线，其亮度逐渐减弱。

(1) 这架望远镜直到1948年才建成，成为当时世界上口径最大的望远镜，建成后直径5.08米。口径是指望远镜的有效通光直径，口径越大，分辨率越高，探查暗弱天体的能力就越强。